JP6659392B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、励起光源から出射された励起光を受けて発光する蛍光体を有する発光部を備えた照明装置に関するものである。

従来、蛍光体を含有する発光部にレーザ光を照射し、蛍光体を励起することによって白色光源を得る技術が知られている。

この種の技術の適用例として、例えば、自動車用のヘッドライトにおいては、対向車・歩行者・道路標識・路面等の外部の状態をカメラでモニターし、外部の状況に応じて適切な投光パターンを得るために、投光したい投光パターンに対応する形状で白色光源を発光させることが行われている。このような機構は、状況適応型前照灯(Adaptive Driving Beam、以下、単にＡＤＢと略称する)等と称される。

また、最近では、蛍光体を励起するレーザ光を、蛍光体の上で走査することによって、白色光源の発光形状を任意に変化させる技術が知られている。例えば、特許文献１には、単一のレーザ光源（発光点は一つ）から出射された単一のレーザ光のスポットを、蛍光体上で走査する技術が開示されている。

その他、特許文献２には、複数の励起光源、および複数のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いて複数の発光パターンを重ね合せる手法が開示されている。また、特許文献３には、複数の励起光源を個別に変調して配光パターンを形成する技術が開示されている。

特開２０１５−１５３６４６号公報（２０１５年８月２４日公開） 特開２０１５−１３８７３５号公報（２０１５年７月３０日公開） 特開２０１４−０１７０９４号公報（２０１４年１月３０日公開）

上述したＡＤＢにおいて、より細かい配光制御をする場合、分解能を上げる必要がある。ＤＭＤ（Digital Mirror Device）や液晶などの空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）を用いる場合はＳＬＭのピクセル数を増やすことで、分解能を上げることができる。これに対して光偏向器でレーザなどの励起光源のビームを蛍光体上で走査する場合は、励起光源を高速に変調することで分解能を上げることができると言われている。

しかしながら、本発明者らが検討したところ、ビームスポットのサイズが大きいと、たとえ高速に変調しても明確なコントラストが得られないことが判明した〔図８の（ａ）〕。コントラストはＡＤＢにおいて重要である。なぜなら、本来光を照射させない対象物（対向車など）にグレアを感じさせることになるからである。よって、十分なコントラストを得ながら高速変調によって高分解能とするには、ビーム径を十分小さくする必要がある〔図８の（ｂ）〕。

次に、ビーム径を小さくする代わりに蛍光体上の走査領域を大きく取ることを検討した。レーザ照明では蛍光体上の発光部をレンズで投影することで最終的な配光パターンを得るので、必ずしも蛍光体上で微小ピクセルを形成する必要はないからである。しかしながら、この場合、たとえ高い分解能が得られたとしても発光領域が大きくなることで、投影レンズを大きくしたり、光偏向器の振れ角を大きくしたりする、必要があり、結果として照明装置が大きくなる、という問題を引き起こすことが分かった〔図８の（ｃ）〕。

また、この場合、大きな蛍光体を必要とするので、コストアップになったり、全面にわたって均一な蛍光体を得るのが難しくなったりという問題もある。

以上から、高い分解能と、蛍光体のサイズの問題とを両立させるためにはビーム径を小さくする必要がある。具体的に、例えば、水平方向について、発光領域１０ｍｍ、ピクセル数１２０を得ることを考える。ビーム径が円形として、直径は１０ｍｍ÷１２０ピクセル＝０．０８３ｍｍ程度のビームが必要となる。光束５００ｌｍを得るのに必要な輝度を幾つかの仮定に基づいて見積もると、３００００ｃｄ／ｍｍ^２もの値になる。本発明者らの検討では高くとも数千ｃｄ／ｍｍ^２程度で輝度は飽和するので、単一のレーザ光源（発光点は一つ）にて、このような小さいビーム径で十分な光束量を得るのは困難である。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高分解能で十分な光束量を得ることができ、装置の小型化を実現することができる照明装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る照明装置は、励起光を出射する複数の発光点を有する光源部と、上記励起光を受けて発光する蛍光体を含む発光部と、上記発光部に入射する上記励起光のスポットが上記発光部上で走査されるように上記励起光の上記発光部に対する入射位置を調整する励起光走査部と、上記発光部での発光を所望の形状に投光する投光部と、を備え、上記スポットは複数であり、上記スポットのそれぞれは、上記発光点のそれぞれから出射される励起光に由来しており、上記励起光走査部は、上記スポットのそれぞれが、同一時刻に重ならないように走査されるように構成され、上記光源部から出射される複数の励起光は互いに平行であり、かつ、上記励起光走査部は、複数の励起光のスポットのそれぞれを同時に走査する１つの可動ミラーであり、上記発光部上で走査される複数のスポットのそれぞれは、前記発光部上の互いに異なるエリアを同じ方向に走査されることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、高分解能で十分な光束量を得ることができ、装置の小型化を実現するという効果を奏する。

（ａ）は、本発明の実施形態１に係る照明装置の概要構成を示す図であり、（ｂ）は、比較例の照明装置の部分構成を示す図であり、（ｃ）は、可動ミラーの駆動電流を三角波で変調する場合の、ミラー駆動電圧と時間との関係を示す図である。 （ａ）は、発光部に対する励起光密度と、輝度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、発光部に対する励起光のスポットが１つである状態を示す図であり、（ｃ）は、発光部に対する励起光のスポットが４つである状態を示す図である。 （ａ）は、励起光走査部の一構成例であるガルバノミラーの概要構成を示す図であり、（ｂ）は、励起光走査部の別の構成例であるポリゴンミラーの概要構成を示す図であり、（ｃ）は、励起光走査部のさらに別の構成例であるＭＥＭＳミラーの概要構成を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態２に係る照明装置の概要構成を示す図であり、（ｂ）は、励起光走査部の一構成例である２つのガルバノミラーの組合せの概要構成を示す図であり、（ｃ）は、励起光走査部の別の構成例であるＭＥＭＳミラーの概要構成を示す図であり、（ｄ）は、励起光走査部のさらに別の構成例であるポリゴンミラーとＭＥＭＳミラーとの組合せの概要構成を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態３に係る照明装置の概要構成を示す図であり、（ｂ）は、励起光走査部の一構成例である２つのガルバノミラーの組合せの概要構成を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態４に係る照明装置の概要構成を示す図であり、（ｂ）は、レーザ光の光分布を変換する光学系の一例を示す図であり、（ｃ）は、上記光学系の別の例を示す図である。 本発明の実施形態５に係る照明装置の概要構成を示す図である。 従来技術の問題点を説明するための図である。

本発明の実施の形態について図１〜図７に基づいて説明すれば、次の通りである。以下、説明の便宜上、特定の項目にて説明した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。

〔実施形態１〕
図１の（ａ）は、本発明の実施形態１に係る照明装置１Ａの概要構成を示す図である。同図に示すように、照明装置１Ａは、光源部２Ａ、光学系α３、励起光走査部４、光学系β５、および発光部６を備える。

（光源部２Ａ）
光源部２Ａは、本実施形態では、４つのレーザ素子（励起光源）２ｃが、フィン２ａを有する放熱ベース２ｂに搭載されたものである。

レーザ素子２ｃは、レーザ光を出射するチップからなる発光素子（ＬＤ：Laser Diode）であり、発光部６に含まれる蛍光体を励起する励起光源として機能する。レーザ素子２ｃは、１チップに１つの発光点を有するものであっても、１チップに複数の発光点を有するものであってもよい。これにより、例えば、光源部２Ａが、単一の発光点を有するレーザ素子２ｃを含む場合と比較して、光源部２Ａに含まれるレーザ素子２ｃの数を少なくすることができる。レーザ素子２ｃが出射するレーザ光のピーク波長は、例えば３８０ｎｍ以上４１５ｎｍ以下の青紫色の波長領域から選択され、例えば３９５ｎｍである。ただし、レーザ素子２ｃのレーザ光のピーク波長はこれに限らず、照明装置１Ａの用途または発光部６に含まれる蛍光体の種類に応じて、適宜選択してよい。例えば、レーザ素子２ｃは、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するいわゆる青色近傍のレーザ光を発振してもよい。例えば、レーザ素子２ｃは、波長４５０ｎｍのレーザ光を発振する。

励起光として、レーザ光を用いることにより、レーザ光でない例えば発光ダイオードからの光を用いる場合より、発光部６に含まれる蛍光体を効率的に励起して輝度を高めることができる。輝度を高めることにより、発光部６を小型化することができる。また、励起光がレーザ光であるため、発光部６における励起光の照射領域を絞ることができる。照射領域を効率的に絞ることにより、照明装置１Ａから投光する照明パターンの解像度を高めることができる。この点を考慮しなければ、励起光源として、レーザ素子２ｃに代えて発光ダイオード等の別の発光素子を用いることもできる。

本実施形態の照明装置１Ａにおいては、レーザ素子２ｃは４つであるが、これに限らず、複数のレーザ素子２ｃが設けられていれば良く、その数は、任意であり、必要に応じて適宜決定すれば良い。なお、発光点を複数含むレーザ素子２ｃの場合は、光源部２Ａに一つのレーザ素子２ｃだけが含まれていても良い。

次に、放熱ベース２ｂは、レーザ素子２ｃを支持する支持部材であり、レーザ素子２ｃからの発熱を放熱する放熱部材でもある。このため、放熱ベース２ｂは、効率的に放熱できるように、強度と熱伝導性とを備えた金属製であることが好ましく、例えば、アルミニウムまたは銅等から主になることが好ましい。なお、放熱ベース２ｂは、金属でない熱伝導性が高い物質（例えば、炭化ケイ素及び窒化アルミニウム等）を含む材質であってもよい。

また、放熱ベース２ｂは、放熱効率を高めるために、フィン２ａを備えている。フィン２ａは、レーザ素子２ｃが接合される側とは反対側に、放熱ベース２ｂに設けられる。フィン２ａは、レーザ素子２ｃから放熱ベース２ｂへ伝えられた熱を放熱により冷却する冷却機構つまり放熱機構であり、複数の冷却板としての放熱板からなっている。フィン２ａが複数の放熱板からなることにより、フィン２ａと大気との接触面積が増加するため、フィン２ａの放熱効率を高めることができる。

（光学系α３）
光学系α３は、レーザ光をコリメートする光学系、レーザ光のスポット形状を成形するビーム成形光学系（レンズ、回折光学素子など）、レーザ光を集光する集光レンズなどで構成されるが、本発明の本質とはあまり関係がないため、ここでは、その説明を省略する。なお、光学系α３と光源部２Ａとの間は、光ファイバなどの導光部材を介して光学的に接続しても良い。光学系α３として、例えば、バンドルファイバー（それぞれのレーザ光を１本の光ファイバで導光して、そのファイバが束ねられている）を用いることもできる。これにより、励起光走査部４にビームを収めるのが容易になる。なぜなら、複数のレーザ素子２ｃだと発光点が互いに離れているが、この方式だと容易に互いに近接させることができ、励起光走査部４に収めやすくなる。

（励起光走査部４）
励起光走査部４は、発光部６に入射するレーザ光のスポットが発光部６上で走査されるようにレーザ光の発光部６に対する入射位置を調整するものである。また、上記スポットは複数であり、上記スポットのそれぞれは、複数の発光点のそれぞれから出射される励起光に由来している。また、励起光走査部４は、上記スポットのそれぞれが、同一時刻に重ならないように走査されるように構成されている。

また、励起光走査部４は、後述するように、上記複数のスポットのそれぞれを纏めて走査する可動ミラーを少なくとも１つ含んでいても良い。１つのスポットを１つの可動ミラーで走査するよりも、上記構成のように、複数のスポットのそれぞれを纏めて１つの可動ミラーで走査する方が、装置の小型化ができる。励起光走査部４は、例えば、後述するガルバノミラー（励起光走査部、可動ミラー）４１、ポリゴンミラー（励起光走査部、可動ミラー）４２、およびＭＥＭＳミラー（励起光走査部、可動ミラー）４３などの可動ミラーや、音響光学素子などで構成される。励起光走査部４は、例えば、本実施形態では、ガルバノミラー一軸とする。

本実施形態の励起光走査部４は、図１の（ａ）に示すように、レーザ光のスポットのそれぞれが、特定の一方向（水平方向）に沿って走査されるように構成されている。これにより、一軸的な走査が可能になる。このため、装置の小型化が可能になり、設計の自由度を高めることができる。なお、同図に示す形態では、最初に発光部６の左端に垂直方向に沿って４つのスポット６ａ〜６ｄが並んだ状態からスタートし、左から右へそれぞれのスポット６ａ〜６ｄが、一方向（水平方向）に沿って走査されている。しかしながら、最初に発光部６の右端に垂直方向に沿って４つのスポット６ａ〜６ｄが並んだ状態からスタートし、右から左へそれぞれのスポット６ａ〜６ｄが、一方向（水平方向）に沿って走査されるようにすることもできる。

（光学系β５）
光学系β５は、レーザ光をコリメートする光学系、レーザ光のスポット形状を成形するビーム成形光学系、レーザ光を集光する集光レンズ、励起光走査部４の形態に応じて発光部６での走査を均一化する光学系（ｆθレンズなど）などで構成されるが、本発明の本質とはあまり関係がないため、ここでは、その説明を省略する。なお、光学系β５は、省略することもできる。

（発光部６）
発光部６は、レーザ素子２ｃから出射されたレーザ光を受けて蛍光を発光する蛍光体を含んでいる。具体的には、発光部６としては、封止材の内部に蛍光体が分散されている封止型発光部、蛍光体を固めた結晶型発光部、または熱伝導率の高い材質からなる基板上に蛍光体の粒子を塗布つまり堆積させた薄膜型発光部等が挙げられる。発光部６は、レーザ光を蛍光に変換するための波長変換素子であるとも言える。

また、本実施の形態では、発光部６の形状は、例えば、縦×横が、５ｍｍ×１５ｍｍの横長矩形であるが、これに限られず、照明装置１Ａの用途などに応じて適宜選択可能である。また、本実施の形態では、発光部６のレーザ光が入射する面のスポットの形状は、略円形であり、スポット径は、０．０８３ｍｍ程度である。

本実施形態では、スポットは複数であり（スポット６ａ〜６ｄ）、スポット６ａ〜６ｄのそれぞれは、レーザ素子２ｃの発光点のそれぞれから出射される励起光に由来しており、後述する励起光走査部４は、スポット６ａ〜６ｄのそれぞれが、発光部６上の互いに異なるエリアで走査されるように構成されている。走査される領域は、互いに重なり合っていても良いが、重ならない方が均一な強度の発光を得ることができるので好ましい。

また、発光部６の光照射面の水平方向（特定の一方向）を１２０ピクセルとすると、水平方向の発光領域の長さは、１０ｍｍ程度となる。また、発光部６の光照射面の垂直方向は、レーザ素子２ｃ（その発光点）の個数４がピクセル数になり、長さとしては、０．３３ｍｍとなる。ピクセル数は照明光を投光したい照射範囲と点消灯を制御したいピッチに応じて設定すればよい。例えばＡＤＢ用途であれば左右６０°、上下８°の範囲を照射するとすれば、本実施形態であれば、左右６０°÷１２０ピクセル＝０．５°ピッチ、上下８°÷４ピクセル＝２°ピッチの分解能で点消灯が可能となる。

上述した５００ｌｍを、単一のレーザ光でなく、複数のレーザ光で得ることを考える。例えば、４個のレーザ光を用いれば、１個のレーザ光による発光部６の輝度は前述の値の１／４の７０００ｃｄ／ｍｍ^２にまで抑えられる。１個のレーザ光の場合同じ７０００ｃｄ／ｍｍ^２に抑えると光束は１／４の１２５ｌｍとなってしまう。ビーム面積を４倍とすることで輝度７０００ｃｄ／ｍｍ^２と５００ｌｍを両立することもできるが、この場合は図１（ｂ）のようにビームサイズが大きいことで分解能が落ちる。

図２の（ａ）は、発光部（蛍光体）が輝度の限界値を有することを示すものである。横軸の励起光密度は励起光のパワーをスポットサイズで割ったものである。通常、スポットサイズを一定にし、励起光のパワーを漸増させながら輝度を測定することで図２の（ａ）に示すようなグラフを得ることができる。ここで、本実施形態で用いられる蛍光体はある励起光密度を超えると輝度が減少する特性を有している。そのため、同図に示すとおり、輝度の限界値Ｌ_ｍａｘ（そのときの励起光密度Ｐｄ_ｍａｘ）が存在する。この現象は蛍光体の発光効率が高温で低下することに起因していると一般に言われている。以上のような現象のため、個々のスポットの動作励起光密度はＰｄ_ｍａｘ以下のＰｄ_ｏｐ（そのときの輝度Ｌ_ｏｐ）とする必要がある。

次に、図２の（ｂ）に示すように、スポットの数が１つであれば、得られる光束は輝度に比例した値Ｆ_ｏｐとなる。一方、図２の（ｃ）に示すように、スポットの数を複数（同図では４つ）とすると、各スポットの輝度はＬ_ｏｐのままであるが、得られる光束はスポット数に応じて増加し、同図に示すようにスポットが４つあれば、得られる光束は４×Ｆ_ｏｐとなる。換言すれば、本実施形態では各スポットの輝度の和４×Ｌ_ｏｐが輝度の限界値Ｌ_ｍａｘ以上となっている。この関係が満たされることで、高分解能と高光束とを両立するという効果が得られる。

さらに、本実施形態の照明装置１Ａであれば、単一のレーザ光（スポット６０ａ）であれば二軸のビーム偏向が必要であるような走査が一軸で可能となるという効果もある〔図１の（ｂ）参照〕。偏向部はＭＥＭＳミラーを用いることで小型化、低消費電力化が可能であるが、二軸のものは動作周波数、ミラーサイズ、振れ角などに制限がある。照明装置１Ａでは、例えば、一軸のＭＥＭＳミラーを使うことで幅広い選択が可能となり、設計の自由度が高まる。また、ＭＥＭＳミラー上においても照射スポットが分散されるため光密度を低減させることもできる。

（投光部７）
発光部６の前方には投光レンズなどによる投光部７が設けられる。投光部７により、発光部６上での走査により形成された発光パターンを前方に投光して照明光として利用することができる。また、例えば、投光レンズのレンズ形状を調整することによって所望の配光パターンを得ることができる。

また、励起光の発光部６への入射方向と発光部６からの発光を照明光として取り出す方向は同じであっても異なっていてもよい。一般に、方向が同じ形態は反射式、異なる形態は透過式と呼ばれる。発光部６は静止しているが、放熱性を向上させるために回転していても良い。但し、この場合蛍光体が均一に形成されている必要がある。

（ピクセル状に表示する方法）
周期１４ｍｓｅｃ（周波数７１．４Ｈｚ）の三角波でミラーを左右に搖動する〔図１の（ｃ）参照〕。１ラインに掛かる時間は１４ｍｓｅｃ÷２＝７ｍｓｅｃである。７ｍｓｅｃ÷１２０ピクセルで５８μｓｅｃが１ピクセル描画の所要時間である。三角波に限らず種々の波形で搖動することができ、例えば共振型のＭＥＭＳミラーであれば正弦波や矩形波を用いることができる。その間にレーザ光パワーを変調させることで１ピクセルの明暗を調節することができる。変調は、レーザ素子２ｃを駆動する電流を変化させる、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調を掛けるなどが可能である。このような変調を４個のレーザ素子２ｃのそれぞれに対して個別に独立して掛けることで、水平１２０×垂直４という分解能で発光パターンを可変とすることができる。また、上記構成によれば、走査に合わせて各スポットを個別に変調することで特定のエリアが暗くなったり、別のエリアが明るくなったりするので、照明装置１ＡをＡＤＢとして機能させることが容易になる。例えば、ＡＤＢとして利用する場合は先行車や対向車へグレアを与えないような配光パターンを得たり、他にも文字や図形パターンを投光したりすることも可能となる。

このようなデジタル的な制御に限らず、レーザ素子２ｃの変調を連続的に（アナログ的に）行っても良い。アナログ制御の場合、ピクセルという概念が無くパターンが段階的でなく連続的に替わる、という制御が可能になる。デジタル制御の場合、ピクセルごとに蛍光体が（例えば遮光枠で）分離されていても良い。この場合、コントラストが向上する。

次に、本実施の形態の発光部６に含まれる蛍光体について詳述する。本実施の形態では、レーザ素子２ｃによって発振された波長３９５ｎｍのレーザ光を受けて白色の蛍光を発するように、発光部６の蛍光体として、例えば、ＢＡＭ(ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７:Ｅｕ)、ＢＳＯＮ(Ｂａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２:Ｅｕ)、Ｅｕ−α(Ｃａ−α−ＳｉＡｌＯＮ:Ｅｕ)を用いている。しかしながら、蛍光体は、これらに限定されるものではなく、照明装置１Ａから投光される照明光が白色となるように適宜選択されてよい。或いは、照明装置１Ａの用途に応じた色となるように、蛍光体は適宜選択されてよい。

例えば、他の酸窒化物蛍光体（例えば、ＪＥＭ（ＬａＡｌ（ＳｉＡｌ）_６Ｎ_９Ｏ：Ｃｅ）、β-ＳｉＡｌＯＮ等のサイアロン蛍光体）、他の窒化物蛍光体（例えば、ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ）蛍光体）ＳＣＡＳＮ((Ｓｒ，Ｃａ)ＡｌＳｉＮ_３:Ｅｕ)、Ａｐａｔａｉｔｅ((Ｃａ，Ｓｒ)_５(ＰＯ_４)_３Ｃｌ:Ｅｕ)系の蛍光体、またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体（例えば、インジュウムリン：ＩｎＰ）を用いることができる。

また、レーザ素子２ｃが青色近傍のレーザ光を発振する場合には、黄色の蛍光体（例えば、Ｃｅで賦活したイットリウム−アルミニウム−ガーネット系の蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体））を用いることにより、白色光（所謂、擬似白色光）が得られる。この場合、発光部６は、レーザ光を散乱する散乱体を含むことが好ましい。

散乱体として、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、フュームドシリカ、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、またはダイヤモンド（Ｃ）等の粒子を用いることができる。あるいは、その他の粒子を用いてもよい。

次に、発光部６が、封止材の内部に蛍光体が分散されている封止型発光部である場合の封止材について、詳述する。発光部６が封止型発光部である場合、蛍光体を封止する封止材は、例えば、無機ガラス若しくは有機無機ハイブリッドガラス等のガラス材、またはシリコーン樹脂等の樹脂材料である。ガラス材として低融点ガラスを用いてもよい。封止材は、透明性の高いものが好ましく、レーザ光が高出力の場合には、耐熱性の高いものが好ましい。ゾルゲル法により、酸化ケイ素や酸化チタンにより封止する構造でもよい。

また、発光部６は放熱部材を含んでいても良く、例えば前述した反射型であれば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などの熱伝導率の高い材料の基板上に蛍光体を設けたり、これらの材料を膜として蛍光体に形成したりすることができる。透過型であれば、透明なサファイアを基板として用いたり、励起光は透過し蛍光体からの発光は反射するようなダイクロイックミラーを蛍光体に形成したりすることができる。

次に、図３に基づき、励起光走査部４（可動ミラー）の具体例について説明する。励起光走査部４は、発光部６に照射されるレーザ光の照射位置を変更するための可動鏡であり、発光部６におけるレーザ光のスポットの位置を変更する機能を備えている。

ここで、励起光走査部４として、ガルバノミラー（励起光走査部、可動ミラー）４１を用いることができる。このガルバノミラー４１について、図３の（ａ）に基づいて説明する。図３の（ａ）はガルバノミラー４１を用いて発光部６への照射領域を変更する状況を示す図である。ガルバノミラー４１と発光部６の間には、例えば、光学系β５があるが図３の（ａ）では、図示していない。

同図に示すように、ガルバノミラー４１は、発光部６に照射されるレーザ光の照射位置を変更するための可動鏡であり、一軸のガルバノ機構（励起光走査部）４１ａに取り付けられた平面鏡（励起光走査部）４１ｂが回転運動するものである。平面鏡４１ｂの回転角は、ガルバノ機構４１ａに印加される駆動電圧に応じて変化する。このため、単純な回路で、発光部６におけるレーザ光の照射位置を容易に制御することができる。すなわち、発光部６の光照射面を容易に走査することができる。同図に示すように、ガルバノ機構４１ａに所定の駆動電圧を印加することにより、平面鏡４１ｂは所定角度でレーザ光を反射することができる。このため、平面鏡４１ｂの回転運動により、平面鏡４１ｂで反射されたレーザ光の光路が変更されるため、発光部６におけるレーザ光の照射位置は左右方向（または水平方向）に変更される。

平面鏡４１ｂには、レーザ光の反射率を高め、レーザ光による劣化を防止するために、本実施の形態では、例えば高反射（ＨＲ：High Reflect）コートが施されている。このＨＲコートは、誘電体多層膜からなり、レーザ素子２ｃのレーザ光の波長において、反射率が高くなるように調整されている。

なお、上述の説明においては、レーザ光の光路を変更して、発光部６におけるレーザ光の照射位置を変更するための励起光走査部４としてガルバノミラー４１を用いたが、必ずしもこれに限らず、他の可動光学素子を用いてもよい。例えば、ポリゴンミラー、可動曲面鏡、微小な機械部品と電気回路とが融合したＭＥＭＳミラー、ピエゾ素子ミラー、音響光学素子等を用いてもよい。

以下に、励起光走査部４の変形例として、ポリゴンミラー（励起光走査部、可動ミラー）４２について、図３の（ｂ）に基づいて説明する。図３の（ｂ）は、ポリゴンミラー４２を用いて発光部６への照射領域を変更する状況を示す図である。

同図に示すように、ポリゴンミラー４２は、回転軸を中心に回転しながらレーザ光を反射する回転多面鏡にてなっている。ポリゴンミラー４２は、回転ミラー（励起光走査部）４２ａが、回転ミラー４２ａを回転させる回転機構（励起光走査部）４２ｂに接続されている。回転ミラー４２ａの回転機構４２ｂによる回転により、ポリゴンミラー４２で反射されたレーザ光の光路が変更されるため、発光部６におけるレーザ光の照射位置は左右方向（または水平方向）に変更される。このように、ポリゴンミラー４２では、回転ミラー４２ａおよび回転機構４２ｂによって励起光走査部４が構成される。

また、本実施の形態のポリゴンミラー４２には、平面鏡４１ｂと同様に、レーザ光の反射率を高め、レーザ光による劣化を防止するために、ＨＲコートが施されている。

次に、励起光走査部４のさらなる変形例として、ＭＥＭＳミラー（励起光走査部、可動ミラー）４３について、図３の（ｃ）に基づいて説明する。図３の（ｃ）は、ＭＥＭＳミラー４３を用いて発光部６への照射領域を変更する状況を示す図である。

同図に示すように、ＭＥＭＳミラー４３は、レーザ光を反射するミラー部（励起光走査部）４３ａと、ミラー部４３ａを回転させる駆動部（励起光走査部）４３ｂと、を備えている。駆動部４３ｂに印加する駆動電圧により、駆動部４３ｂに対するミラー部４３ａの角度が変化するため、ミラー部４３ａで反射されたレーザ光の光路が変更される。そのため、発光部６におけるレーザ光の照射位置は左右方向（または水平方向）に変更される。ＭＥＭＳミラー４３としては、走査スピードを高くすることが可能な共振型ＭＥＭＳミラーを用いてもよいし、非共振型ＭＥＭＳミラーを用いてもよい。

（照明装置１Ａの効果）
上述したように、照明装置１Ａでは、発光部６上で走査される複数の励起光のスポット６ａ〜６ｄのそれぞれは、複数のレーザ素子２ｃの発光点のそれぞれから出射される励起光に由来している。上述したように、単一の発光点から出射される励起光のスポットのみを発光部上で走査させる構成の場合、小さなスポット径では、蛍光体に輝度の限界があることに起因して十分な光束量を得るのは困難である。そこで、照明装置１Ａでは、複数の発光点のそれぞれから出射される励起光のスポット６ａ〜６ｄのそれぞれが、発光部６上で同一時刻に重ならないように走査されるようにしている。すなわち、複数のスポットのそれぞれが、発光部６上で分散して走査されるようになっている。

このため、高い分解能を得るべく、各励起光のスポット径を小さくしても、複数の発光点由来の励起光のスポット６ａ〜６ｄのそれぞれを発光部６に照射させることで、十分な光束量を得ることが可能になる。換言すると輝度の限界値を有する発光部６（蛍光体）上で、各スポットの輝度の和がその限界値以上となっている。その結果、単一のスポットでは光束を得るためにスポット径を大きくせざるを得ず分解能が低下する、あるいは分解能を得るために励起光強度を落とさざるを得ず光束が低下する、という課題を解消し、光束と分解能を両立することができる。また、照明装置１Ａによれば、高い分解能を得るために、発光部６上の発光領域を大きくする必要がないので、装置の小型化が可能になる。以上により、高分解能で十分な光束量を得ることができ、装置の小型化を実現することができる。

〔実施形態２〕
図４の（ａ）は、本発明の実施形態２に係る照明装置１Ｂの概要構成を示す図である。同図に示すように、照明装置１Ｂは、光源部２Ｂ、光学系α３、励起光走査部４、光学系β５、および発光部６を備える。

本実施形態では、レーザ素子２ｃの数に対応する発光部６上のスポットの数が２つである点で、実施形態１と異なっている。また、本実施形態では、発光部６の光照射面の左上に２つのスポット６ａおよび６ｂが、上下方向（垂直方向）に並び、まず特定の一方向（水平方向）に沿って、左から右へ向かって走査される。次に、２つのスポット６ａおよび６ｂが隣接した状態で、上下方向（垂直方向）に沿って上から下へ走査される。次に、光照射面の右下に２つのスポット６ａおよび６ｂが、上下方向に並び、特定の一方向（水平方向）に沿って、右から左へ向かって走査される。

なお、スポット６ａおよび６ｂの発光部６上での走査は、上下方向および水平方向の走査のそれぞれが、上記の走査パターンと逆になっていても良い。例えば、発光部６の光照射面の右下に２つのスポット６ａおよび６ｂが、上下方向に並び、まず特定の一方向（水平方向）に沿って、右から左へ向かって走査され、次に、２つのスポット６ａおよび６ｂが隣接した状態で、上下方向に沿って下から上へ走査され、次に、光照射面の左上に２つのスポット６ａおよび６ｂが、上下方向に並び、水平方向に沿って、左から右へ向かって走査されるようにしても良い。

本実施形態の励起光走査部４は、スポット６ａおよび６ｂのそれぞれが、上記一方向に対して垂直な方向（垂直方向）に沿って走査されるように構成されている。このため、発光部６上で走査させるスポットの数を実施形態１に比べて少なくすることができる。また、同じスポットサイズの単一の発光点由来の励起光のスポットのみを発光部上で走査させる形態と比較して、一方向に対して垂直な方向への走査速度を低下させることができる。また、スポット数が少ないことで実施形態１に比べて光学系α３の設計が容易となる。

また、励起光走査部４は、スポットの数より少ない数の可動ミラーを含んでいても良い。上記構成によれば、可動ミラーにより、効率よく、発光部６におけるレーザ光のスポットの位置を変更することができる。例えば、本実施形態ではガルバノミラー二軸とする〔図４の（ｂ）参照〕。複数のスポット６ａおよび６ｂを二軸走査する。スポットの数が多いと偏向器のミラーに全ビームを収めることが難しくなるが、実施形態１に比べてスポットの数が少ないので、ビームを収めやすい。

本実施の形態の照明装置１Ｂにおける励起光走査部４は、２つのガルバノミラーを用いることにより２軸のガルバノミラー（励起光走査部、可動ミラー）４４を使用している。ガルバノミラー４４の構成について、図４の（ｂ）に基づいて説明する。図４の（ｂ）は２つのガルバノミラーを用いて発光部６への照射領域を変更する状況を示す図である。

同図に示すように、ガルバノミラー４４は、発光部６に照射されるレーザ光の照射位置を変更するための可動鏡であり、一軸のガルバノ機構４１ａに取り付けられた平面鏡４１ｂからなる第１ガルバノミラー（励起光走査部、可動ミラー）４４ａと、同じ構造の一軸のガルバノ機構４１ａに取り付けられた平面鏡４１ｂからなる第２ガルバノミラー（励起光走査部、可動ミラー）４４ｂと、を回転軸が互いに直交するように組み合わせたものからなっている。

ガルバノミラー４４では、第１ガルバノミラー４４ａにて水平方向に第１ガルバノミラー４４ａの平面鏡４１ｂを回転させる一方、第２ガルバノミラー４４ｂにて垂直方向に第２ガルバノミラー４４ｂの平面鏡４１ｂを回転させるようになっている。この結果、ガルバノミラー４４は、平面鏡４１ｂを水平方向および垂直方向にそれぞれ回転することによって、結果的に、二軸にて平面鏡４１ｂを回転させることになる。その結果、発光部６上では、スポット６ａおよび６ｂを２次元的に移動させることが可能となる。

具体的には、第１ガルバノミラー４４ａの回転運動により、発光部６においてレーザ光のスポットが運動する方向（以下、水平方向）と、第２ガルバノミラー４４ｂの回転運動により、発光部６においてレーザ光のスポットが運動する方向（以下、垂直方向）とは、互いに直交する。したがって、同図に示すように、レーザ光のスポットは発光部６において水平方向と垂直方向とに、２次元的に走査できる。

なお、第１ガルバノミラー４４ａおよび第２ガルバノミラー４４ｂの一方または両方を、回転するポリゴンミラーおよびＭＥＭＳミラー等の他の可動光学素子に変更してもよい。ここで、励起光走査部４として、二軸のＭＥＭＳミラー（励起光走査部、可動ミラー）４５を用いることが可能である。

上記２軸のＭＥＭＳミラー４５の構成について、図４の（ｃ）に基づいて説明する。図４の（ｃ）は二軸のＭＥＭＳミラー４５の構成を示す図である。

同図に示すように、二軸のＭＥＭＳミラー４５は、ミラー部（励起光走査部）４５ａと、ミラー部を搖動させるＸ軸駆動部（励起光走査部）４５ｂと、ミラー部を搖動させるＹ軸駆動部（励起光走査部）４５ｃと、を備え、Ｘ軸駆動部４５ｂの回転軸とＹ軸駆動部４５ｃの回転軸とは直交する。これにより、２つの第１ガルバノミラー４４ａおよび第２ガルバノミラー４４ｂと同様に、１つのＭＥＭＳミラー４５により、レーザ光のスポットを発光部６上において水平方向と垂直方向とに、２次元的に走査できる。

なお、励起光走査部４は、例えば、図４の（ｄ）に示すように、ポリゴンミラー４２とＭＥＭＳミラー４３とを組合せて二軸走査とすることもできる。各反射面の回転軸に対する角度が互いに異なっているポリゴンミラーを用いると単一のポリゴンミラーのみで二軸走査とすることもでき、この場合小型化が可能となる。

〔実施形態３〕
図５の（ａ）は、本発明の実施形態３に係る照明装置１Ｃの概要構成を示す図である。同図に示すように、照明装置１Ｃは、光源部２Ｃ、光学系α３、励起光走査部４、光学系β５、および発光部６を備える。

本実施形態では、レーザ素子２ｃの数に対応する発光部６上のスポットの数が３つである点で、実施形態１および２と異なっている。また、本実施形態では、発光部６の光照射面の上側において、３つのスポット６ａ〜６ｃのそれぞれが、互いに隣接していないで配置されている。これにより、発光部６上での熱の集中を抑制することができ、発光効率の向上および信頼性の向上が可能になる。また、スポットを隣接させる必要のある実施形態１、２に比べて光学系α３の設計が容易となる。本実施形態では、図５の（ｂ）に示すように、励起光走査部４を、第１ガルバノミラー４４ａおよび第２ガルバノミラー４４ｂの二軸で構成する。

また、発光部６の光照射面は、３つの矩形領域ＡＲ１〜ＡＲ３に分割され、それぞれの矩形領域内をスポット６ａ〜６ｃのそれぞれが走査されるようになっている。各矩形領域内で、スポット６ａ〜６ｃのそれぞれは、（１）特定の一方向（水平方向）に沿って左から右に走査され、（２）一方向に対して垂直方向に沿って上から下へ走査され、（３）一方向に沿って右から左へ走査され、（４）垂直方向に沿って上から下へ走査され、（５）一方向に沿って左から右へ走査され、（５）垂直方向に沿って上から下へ走査され、（６）一方向に沿って右から左へ走査されるようになっている。

なお、スポット６ａ〜６ｃの発光部６上での走査は、上下方向および水平方向の走査のそれぞれが、上記の走査パターンと逆になっていても良い。また、複数の可動ミラーを用いることで、各走査領域は互いに異なる形状であってもよく、この場合用途に応じた配光パターンを容易に作成することができる。

〔実施形態４〕
図６の（ａ）は、本発明の実施形態４に係る照明装置１Ｄの概要構成を示す図である。同図に示すように、照明装置１Ｄは、光源部２Ｄ、光学系α３、励起光走査部４、光学系β５、および発光部６を備える。

本実施形態では、スポット６ａおよび６ｂが、互いに異なるスポット径を有しており、スポット６ｃおよび６ｄが、互いに異なるスポット径を有している点で、実施形態１〜３と異なっている。スポット６ａおよびスポット６ｄのスポット径は、例えば、０．３０ｍｍであり、スポット６ｂおよび６ｃのスポット径は、０．０８３ｍｍである。

ＡＤＢ用途では、発光部６上において、高分解能、高コントラストが求められるエリアが限られている場合もある。その場合、限られたエリアのみスポット径を小さくすることができる。例えば、中央部で高い分解能を求められる一方で周辺部では高い分解能が求められないようなケースが考えられる。また、スポット６ａ〜６ｄの全てのスポット径を小さくする場合に比べて、設計の自由度を高めることができる。

すなわち、上記構成によれば、発光部６の特定のエリアの分解能を調整することができるため、設計の自由度を向上させることができる。なお、本実施形態では、レーザ素子２ｃの数は、４である。

異なるビーム径とするには、例えば、図６の（ｂ）および（ｃ）に示すように光学系αＡと光学系αＢとで、互いに異なる光学系とすれば良い。また、異なるビーム径とするために、ビーム形状の異なるレーザ素子２ｃを用いても良い。

〔実施形態５〕
図７は、本発明の実施形態５に係る照明装置１Ｅの概要構成を示す図である。同図に示すように、照明装置１Ｅは、光源部２Ｅ、光学系α３、励起光走査部４、光学系β５、および発光部６を備える。

本実施形態では、レーザ素子２ｃのそれぞれの発光点におけるレーザ光の光分布が、発光部６におけるレーザ光のスポットの光分布に反映されている。すなわち、発光部６上でのスポット６ａ〜６ｄのそれぞれの形状を略円形とせず、レーザ素子２ｃの出射形状そのままの楕円形状としている。これにより、スポット６ａ〜６ｄを形成する光学系を簡素化することができる。なお、本実施形態では、レーザ素子２ｃの数は、４である。また、いずれの実施形態の技術も自動車用ＡＤＢだけでなく、一般照明にも適用できる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る照明装置（１Ａ〜１Ｅ）は、励起光を出射する複数の発光点を有する光源部（２Ａ〜２Ｅ）と、上記励起光を受けて発光する蛍光体を含む発光部（６）と、上記発光部に入射する上記励起光のスポットが上記発光部上で走査されるように上記励起光の上記発光部に対する入射位置を調整する励起光走査部（４）と、上記発光部での発光を所望の形状に投光する投光部（７）と、を備え、上記スポットは複数であり、上記スポットのそれぞれは、上記発光点のそれぞれから出射される励起光に由来しており、上記励起光走査部は、上記スポットのそれぞれが、同一時刻に重ならないように走査されるように構成されているものである。

上記構成によれば、発光部上で走査される複数の励起光のスポットのそれぞれは、複数の発光点のそれぞれから出射される励起光に由来している。上述したように、単一の発光点から出射される励起光のスポットのみを発光部上で走査させる構成の場合、小さなスポット径では、発光部に輝度の限界があることに起因して十分な光束量を得るのは困難である。そこで、上記構成では、複数の発光点のそれぞれから出射される励起光のスポットのそれぞれが、同一時刻に重ならないように走査されるようにしている。すなわち、複数のスポットのそれぞれが、発光部上で分散して走査されるようになっている。

このため、高い分解能を得るべく、各励起光のスポット径を小さくしても、複数の発光点由来の励起光のスポットのそれぞれを発光部に照射させることで、十分な光束量を得ることが可能になる。また、上記構成によれば、高い分解能を得るために、発光部上の発光領域を大きくする必要がないので、装置の小型化が可能になる。以上により、高分解能で十分な光束量を得ることができ、装置の小型化を実現することができる。

本発明の態様２に係る照明装置は、上記態様１において、励起光走査部は、上記複数のスポットのそれぞれを纏めて走査する可動ミラーを少なくとも１つ含んでいても良い。１つのスポットを１つの可動ミラーで走査するよりも、上記構成のように、複数のスポットのそれぞれを纏めて１つの可動ミラーで走査する方が、装置の小型化ができる。また、上記構成によれば、可動ミラーにより、効率よく、発光部における励起光のスポットの位置を変更することができる。

本発明の態様３に係る照明装置は、上記態様１または２において、上記励起光走査部は、上記スポットのそれぞれが、上記発光部上の互いに異なるエリアで走査されるように構成されていても良い。２つのスポットで走査される領域が重なると、光度分布が相対的に高くなってしますが、上記構成によれば、光度分布を均一化させることができる。

本発明の態様４に係る照明装置は、上記態様１〜３の何れかにおいて、上記発光部は輝度の限界値を有しており、上記スポットのそれぞれの輝度の和は上記限界値以上であることが好ましい。上記構成によれば、高い分解能と高い光束量とを両立させることが可能になる。

本発明の態様５に係る照明装置は、上記態様１〜４の何れかにおいて、励起光走査部は、上記スポットのそれぞれが、特定の一方向に沿って走査されるように構成されていても良い。上記構成によれば、励起光走査部は、スポットのそれぞれが、特定の一方向に沿って走査されるように構成されているため、一軸的な走査が可能になる。このため、装置の小型化が可能になり、設計の自由度を高めることができる。

本発明の態様６に係る照明装置は、上記態様５において、上記励起光走査部は、上記スポットのそれぞれが、上記一方向に対して垂直な方向に沿って走査されるように構成されていても良い。上記構成によれば、発光部上で走査させるスポットの数を少なくすることができる。また、単一の発光点由来の励起光のスポットのみを発光部上で走査させる形態と比較して、一方向に対して垂直な方向への走査速度を低下させることができる。また、スポット数が少ないことで、光源部と励起光走査部との間に光学系を設置した場合に、該光学系の設計が容易となる。

本発明の態様７に係る照明装置は、上記態様６において、上記発光部上で、上記スポットのそれぞれが、互いに隣接していなくても良い。上記構成によれば、発光部上での熱の集中を抑制することができ、発光効率の向上および信頼性の向上が可能になる。

本発明の態様８に係る照明装置は、上記態様１〜５の何れかにおいて、上記スポットの少なくとも２つは、互いに異なるスポット径を有していても良い。上記構成によれば、発光部の特定のエリアの分解能を調整することができるため、設計の自由度を向上させることができる。

本発明の態様９に係る照明装置は、上記態様１〜５までの何れかにおいて、上記発光点における励起光の光分布が、上記発光部における上記励起光のスポットの光分布に反映されていても良い。上記構成によれば、スポットを形成する光学系を簡素化することができる。

本発明の態様１０に係る照明装置は、上記態様１〜９までの何れかにおいて、上記複数の発光点のそれぞれは、互いに独立に変調されても良い。上記構成によれば、走査に合わせて各スポットを個別に変調することで特定のエリアが暗くなったり、別のエリアが明るくなったりするので、照明装置をＡＤＢとして機能させることが容易になる。

本発明の態様１１に係る照明装置は、上記態様１〜１０の何れかにおいて、上記光源部は、複数の発光点を有する励起光源を含んでいても良い。上記構成によれば、光源部が、単一の発光点を有する励起光源を含む場合と比較して、光源部に含まれる励起光源の数を少なくすることができる。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１Ａ〜１Ｅ 照明装置
２Ａ〜２Ｅ 光源部
２ｃ レーザ素子（励起光源）
４ 励起光走査部
６ 発光部
７ 投光部
６ａ〜６ｄ スポット
４１ ガルバノミラー（励起光走査部、可動ミラー）
４１ａ ガルバノ機構（励起光走査部）
４１ｂ 平面鏡（励起光走査部）
４２ ポリゴンミラー（励起光走査部、可動ミラー）
４２ａ 回転ミラー（励起光走査部）
４２ｂ 回転機構（励起光走査部）
４３ ＭＥＭＳミラー（励起光走査部、可動ミラー）
４３ａ ミラー部（励起光走査部）
４３ｂ 駆動部（励起光走査部）
４４ ガルバノミラー（励起光走査部、可動ミラー）
４４ａ 第１ガルバノミラー（励起光走査部、可動ミラー）
４４ｂ 第２ガルバノミラー（励起光走査部、可動ミラー）
４５ ＭＥＭＳミラー（励起光走査部、可動ミラー）
４５ａ ミラー部（励起光走査部）
４５ｂ Ｘ軸駆動部（励起光走査部）
４５ｃ Ｙ軸駆動部（励起光走査部）

Claims (9)

1. 励起光を出射する複数の発光点を有する光源部と、上記励起光を受けて発光する蛍光体を含む発光部と、上記発光部に入射する上記励起光のスポットが上記発光部上で走査されるように上記励起光の上記発光部に対する入射位置を調整する励起光走査部と、上記発光部での発光を所望の形状に投光する投光部と、を備え、
   上記スポットは複数であり、上記スポットのそれぞれは、上記発光点のそれぞれから出射される励起光に由来しており、
   上記励起光走査部は、上記スポットのそれぞれが、同一時刻に重ならないように走査されるように構成され、
   上記光源部から出射される複数の励起光は互いに平行であり、かつ、上記励起光走査部は、複数の励起光のスポットのそれぞれを同時に走査する１つの可動ミラーであり、
   上記発光部上で走査される複数のスポットのそれぞれは、前記発光部上の互いに異なるエリアを同じ方向に走査されることを特徴とする照明装置。
2. 上記発光部は輝度の限界値を有しており、上記スポットのそれぞれの輝度の和は上記限界値以上であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 上記励起光走査部は、上記スポットのそれぞれが、特定の一方向に沿って走査されるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 上記励起光走査部は、上記スポットのそれぞれが、上記一方向に対して垂直な方向に沿って走査されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 上記発光部上で、上記スポットのそれぞれが、互いに隣接していないことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 上記スポットの少なくとも２つは、互いに異なるスポット径を有していることを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の照明装置。
7. 上記発光点における励起光の光分布が、上記発光部における上記励起光のスポットの光分布に反映されていることを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の照明装置。
8. 上記複数の発光点のそれぞれは、互いに独立に変調されることを特徴とする請求項１から７までの何れか１項に記載の照明装置。
9. 上記光源部は、複数の発光点を有する励起光源を含んでいることを特徴とする請求項１から８までの何れか１項に記載の照明装置。

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